Revista Cubana de Química ISSN: 0258-5995 [email protected] Universidad de Oriente Cuba González, Marianela; Fernández, Néstor PROPUESTA METODOLÓGICA PARA LA EXPLICACIÓN DE LA VARIACIÓN PERIÓDICA DE LA ENERGÍA DE IONIZACIÓN Revista Cubana de Química, vol. XX, núm. 1, 2008, pp. 62-65 Universidad de Oriente Santiago de Cuba, Cuba Disponible en: http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=443543713010 Cómo citar el artículo Número completo Más información del artículo Página de la revista en redalyc.org Sistema de Información Científica Red de Revistas Científicas de América Latina, el Caribe, España y Portugal Proyecto académico sin fines de lucro, desarrollado bajo la iniciativa de acceso abierto PROPUESTA METODOLÓGICA PARA LA EXPLICACIÓN DE LA VARIACIÓN PERIÓDICA DE LA ENERGÍA DE IONIZACIÓN Marianela González, Néstor Fernández " Facultad de Química, Universidad de La Habana z Resumen En el presente trabajo se muestra el uso de una variante del método de Situaciones: el denominado CONFLICTO, para motivar la clase e incentivar el análisis que se propone; además de ejemplificar el uso de MAPAS CONCEPTUALES como recurso para resumir y representar la estructuración de los conocimientos en el estudiante que accede a la asignatura Química Inorgánica I (QI 1), perteneciente al primer año de la Carrera de Química. Se trazaron dos objetivos fundamentales, primero, analizar la tendencia general de la variación periódica de la energía de ionización en períodos y grupos de la Tabla Periódica, a partir de la variación de la carga nuclear efectiva y el radio atómico, y segundo, explicar las irregularidades de la variación periódica de la energía de ionización en grupos y períodos de la Tabla Periódica, sobre la base del análisis de la influencia de la estructura electrónica en la carga nuclear efectiva y en la estabilidad de los subniveles de energía. Palabras clave: uso de una variante del método de Situaciones. z Abstract The present work shows the use of an alternative method of situations: the so-called conflict, to motivate and encourage the class analysis suggests that, in addition to illustrating the use of concept maps as a resource to summarize and display the structure of the knowledge in the student access to the subject of Inorganic Chemistry I (QI 1) belonging to the first year of the Race of Chemistry. It outlined two key objectives: first, analyzing the general trend of the periodic variation of the ionization energy in periods and groups of the Periodic Table, from the variation of the effective nuclear charge and atomic radius, and second, explain irregularities in the periodic variation of the ionization energy in groups and periods of the Periodic Table, based on the analysis of the influence of the electronic structure in the effective nuclear charge and the stability of the sub-levels of energy. Keywords: use of an alternative method of situations. z Introducción La Periodicidad Química constituye un tema obligado de la Química Inorgánica. Dentro de ésta, la energía y el potencial de ionización constituyen propiedades atómicas que siempre son tratadas. El estudiante que accede a la asignatura Química Inorgánica I (QI 1), que se imparte al primer año de la Carrera de Química en la Universidad de La 62 Vol. XX, Nº 1, 2008 Habana, ya tiene un conocimiento del asunto adquirido en la enseñanza media. Este conocimiento se amplía en la Química General que precede a la QI 1, pero adolece de que: - Se analiza solamente en los períodos y grupos de elementos representativos. - Ofrece únicamente las reglas generales, sin adentrarse en la explicación de los múltiples casos en que se encuentran irregularidades. Es objetivo de la asignatura QI 1, profundizar en el estudio de esta propiedad para lograr que los estudiantes sean capaces de: 1. Analizar la tendencia general de la variación periódica de la energía de ionización en períodos y grupos de la Tabla Periódica, a partir de la variación de la carga nuclear efectiva y el radio atómico. 2. Explicar las irregularidades de la variación periódica de la energía de ionización en grupos y períodos de la Tabla Periódica, sobre la base del análisis de la influencia de la estructura electrónica en la carga nuclear efectiva y en la estabilidad de los subniveles de energía. z Desarrollo El primer requisito es definir correctamente el potencial de ionización como la energía que se requiere suministrar a un átomo aislado y no excitado para separar el electrón menos fuertemente retenido. La unidad de medida empleada es el eV. Es necesario establecer entonces la diferencia con la magnitud llamada Energía de Ionización (I N), que es la más usada en Química, y que se define como: la energía que se requiere suministrar a un mol átomos aislados y no excitados para separar el electrón menos fuertemente retenido de cada uno. La unidad de medida empleada en este caso es el kJ · mol-1. Otro aspecto no tratado en la enseñanza precedente es hacer referencia a las sucesivas energías de ionización de los elementos, donde I1 < I2 < I3 < …IN, y relacionar esto con el posible carácter iónico de compuestos, donde los elementos presenten estados de oxidación I, II y III, así como con la imposibilidad de la existencia de compuestos iónicos con elementos en estados de oxidación IV, V, y superiores. Por otra parte, la presente propuesta parte de los conocimientos previos de los estudiantes sobre ¿cómo y por qué varía la energía de ionización en un período y en un grupo? para, tomando en cuenta sus respuestas, generar un “conflicto”. Esta variante del método de situaciones se puede utilizar como apoyo en las conferencias con un objetivo motivacional. Se debe instar al estudiante a analizar y evaluar determinada situación que ilustra el contenido que se imparte. Su presentación debe ser de forma natural y fluida, para que no afecte el contexto general de la conferencia y no se aleje de la problemática tratada. La situación conflictiva debe ser breve, y la utilizamos como procedimiento para analizar los casos en que no se cumple la regularidad general para la variación de la energía de ionización primaria (I1), tanto en grupos (relacionada con el aumento del tamaño de los átomos), como en períodos (relacionada con el aumento de la carga nuclear efectiva). Los ejemplos analizados se pueden apreciar en la siguiente tabla periódica. Vol. XX, Nº 1, 2008 63 Para cada caso, se asocia la irregularidad encontrada, en cuanto al valor esperado de I1, con diferencias en la estructura electrónica de los elementos analizados, tal como se puede apreciar en la siguiente tabla: Las explicaciones se asocian con que en: - Elementos representativos de un período: los subniveles electrónicos LLENOS (Be) o SEMILLENOS (N) son especialmente ESTABLES, lo que implica una mayor I1. - Elementos de transición y de transición interna de un período: al aumentar Z, los electrones son añadidos en subniveles internos (n-1)d o (n-2)f, cuyo efecto pantalla es superior al que ejercen los electrones en la capa de valencia. Por esta causa, la Z* no aumenta tan marcadamente, y las I1 aumentan más lentamente al aumentar Z. - Elementos de los grupos de transición: al aumentar Z, el tamaño no aumenta mucho, lo cual es más notable para el último elemento, después de la aparición del subnivel (n-2)f, siendo la tendencia a aumentar I1 (I1 Au > I1 Ag). 64 Vol. XX, Nº 1, 2008 - Elementos representativos de grupos de posttransición: La aparición de subniveles electrónicos intermedios entre la capa de valencia y la de gas noble [(n-1)d o (n-2)f ] provoca un aumento de tamaño menor de lo esperado, y con ello un aumento de I1 (I1 Ga > I1 Al; I1 Tl > I1 In). Conclusiones A partir del análisis anterior se puede concluir que la energía de ionización primaria: - En un PERÍODO aumenta al aumentar Z*, aunque es necesario destacar, que el aumento es muy notable en los elementos representativos (195 kJ · mol-1/elemento del Li al Ne), es menos marcado en los de transición (12,44 kJ · mol-1/ elemento del Sc al Cu) y menor aún en los de transición interna (5,80 kJ · mol-1/elemento del Ce al Yb). Subniveles electrónicos llenos o semillenos, provocan un aumento mayor de lo esperado. - En un GRUPO disminuye al aumentar el radio atómico, pero es preciso subrayar, que la aparición de subniveles electrónicos intermedios entre la capa de valencia y la de gas noble provocan su aumento. Bibliografía 1. Blanco, J., Pereyra, J., Química Inorgánica. Enlace Químico. Periodicidad Química, t. 1, Editorial Pueblo y Educación, La Habana, 2001. 2. Colectivo de Autores, Los métodos participativos: ¿Una nueva concepción en la enseñanza?, La Habana: CEPES, Universidad de La Habana, 1998. - Se puede utilizar un mapa conceptual con el objetivo de organizar la información por conceptos relevantes; establer relaciones jerárquicas y diferenciar lo esencial de lo secundario, lo cual contribuirá a la consolidación de los conocimientos. A continuación se presenta un ejemplo para el tema analizado: 3. González, M., Area, O., Fernández, N., Blanco, J., "La discusión: una alternativa para la estructuración y jerarquización de conocimientos sobre el enlace químico", Revista de Educación de las de las Ciencias, Colombia, 1 (1), 33-38, 2000. 4. Sanderson, R. T. (1964) Periodicidad Química. Blass, S. A.: Madrid. 5. Shriver, D. F., Atkins, P. W., Langford, C. H., 2ª Reimp., Química Inorgánica, vol. I, Editorial Reverté: Barcelona, 2001. Vol. XX, Nº 1, 2008 65
